Кіріспе
1-ші дәрежедегі векторлық бумалар
Математикада, сызықтық бумалар кеңістіктің әр нүктесінде өзгеретін түзу түсінігін білдіреді. Мысалы, жазықтықтағы қисық сызықтың әр нүктесінде жанама түзу болса, ол өзгеретін түзуді анықтайды: жанама бума – оларды ұйымдастырудың бір жолы. Алгебралық топологияда және дифференциалдық топологияда сызықтық бума 1-ші дәрежедегі векторлық бума ретінде анықталады. Сызықтық бумалар кеңістіктің әр нүктесі үшін үздіксіз бір өлшемді векторлық кеңістікті таңдау арқылы сипатталады. Топологиялық қолданыстарда бұл векторлық кеңістік әдетте нақты немесе кешенді болады. Екі жағдай нақты және кешенді векторлық кеңістіктердің әртүрлі топологиялық қасиеттеріне байланысты түбегейлі түрлі мінез-құлық көрсетеді: егер нақты түзуден бастапқы нүкте алынып тасталса, нәтиже 1×1 инверттік нақты матрицалар жиынтығы болады, ол оң және теріс нақты сандарды әрқайсысын бір нүктеге қысқарту арқылы дискретті екі нүктелі кеңістікке гомотопиялық түрде тең; ал кешенді жазықтықтан бастапқы нүктені алып тастау шеңбердің гомотопиялық типіне ие 1×1 инверттік кешенді матрицаларды береді. Гомотопия теориясы тұрғысынан, нақты сызықтық бума екі нүктелі талшықтың бумасы сияқты, яғни қос жабын сияқты әрекет етеді. Бұның ерекше жағдайы – дифференциалданатын көптіктің бағытталған қос жабыны, онда сәйкес сызықтық бума тангенс бумасының детерминантты бумасы болып табылады (төменде қараңыз). Мёбиус жолағы шеңбердің қос жабынына сәйкес келеді (θ → 2θ бейнелеуі) және талшықты өзгерту арқылы екі нүктелі талшықты, бірлік аралығын талшық ретінде немесе нақты түзуді қарастыруға болады. Кешенді сызықтық бумалар шеңберлік бумалармен тығыз байланысты. Олардың арасында белгілі бірлері бар, мысалы, сфераларға қатысты Хопфтың фибрациялары. Алгебралық геометрияда, инверттік шоқ (яғни, бірінші дәрежедегі жергілікті бос шоқ) көбінесе сызықтық бума деп аталады. Кез келген сызықтық бума келесі шарттармен бөлгіштен туындайды: (I) Егер X азайтылған және азайтылмайтын схема болса, онда кез келген сызықтық бума бөлгіштен туындайды. (II) Егер X проекциялық схема болса, онда дәл осы мәлімдеме орындалады.
In mathematics, a line bundle expresses the concept of a line that varies from point to point of a space. For example, a curve in the plane having a tangent line at each point determines a varying line: the tangent bundle is a way of organising these. More formally, in algebraic topology and differential topology, a line bundle is defined as a vector bundle of rank 1. Line bundles are specified by choosing a one dimensional vector space for each point of the space in a continuous manner. In topological applications, this vector space is usually real or complex. The two cases display fundamentally different behavior because of the different topological properties of real and complex vector spaces: If the origin is removed from the real line, then the result is the set of 1×1 invertible real matrices, which is homotopy equivalent to a discrete two point space by contracting the positive and negative reals each to a point; whereas removing the origin from the complex plane yields the 1×1 invertible complex matrices, which have the homotopy type of a circle. From the perspective of homotopy theory, a real line bundle therefore behaves much the same as a fiber bundle with a two point fiber, that is, like a double cover. A special case of this is the orientable double cover of a differentiable manifold, where the corresponding line bundle is the determinant bundle of the tangent bundle (see below). The Möbius strip corresponds to a double cover of the circle (the θ → 2θ mapping) and by changing the fiber, can also be viewed as having a two point fiber, the unit interval as a fiber, or the real line. Complex line bundles are closely related to circle bundles. There are some celebrated ones, for example the Hopf fibrations of spheres to spheres. In algebraic geometry, an invertible sheaf (i. e., locally free sheaf of rank one) is often called a line bundle. Every line bundle arises from a divisor with the following conditions
(I) If X is reduced and irreducible scheme, then every line bundle comes from a divisor. (II) If X is projective scheme then the same statement holds.
Проективті кеңістіктегі таутологиялық бумбл
Алгебралық геометриядағы ең маңызды сызық бундельдерінің бірі – проективті кеңістіктегі таутологиялық сызық бунделі. V векторлық кеңістіктің k өрістегі проективтенуі P(V) – k× көбейтуші тобының әрекеті арқылы алынған бөлу ретінде анықталады. Сондықтан P(V) әрбір нүктесі k× көшірмесіне сәйкес келеді, ал k×-тің осы көшірмелерін P(V) үстінде k× бунделіне біріктіруге болады. k×, k-дан бір ғана нүктемен ерекшеленеді, және осы нүктені әр талшыққа қосу арқылы P(V) бойынша сызық бундель аламыз. Бұл сызық бундель таутологиялық сызық бундель деп аталады. Бұл сызық бундель кейде Серре бұрауыш шоғының дуалына сәйкес келетіндіктен белгіленеді.
Проективті кеңістікке карталар
X - кеңістік, ал L - X-тегі сызық бумасы деп алайық. L-дің жаһандық қимасы s: X → L функциясы болып табылады, егер p: L → X табиғи проекция болса, онда ps = idX. L тривиалды болатын X-тегі U шағын аймағында сызық бумасының жалпы кеңістігі U және k негізгі өрісінің көбейтіндісі болып табылады, ал s қимасы U → k функциясына шектеледі. Алайда s-тің мәндері тривиалдастырудың таңдауына байланысты, сондықтан олар тек бір жерде жоғалып кетпейтін функциямен көбейгенге дейін анықталады. Жаһандық қималар проективті кеңістікке карталарды келесідей анықтайды: r + 1 нөлден өзгеше мәні бар нүктені L талшығында таңдау Pr-дегі таутологиялық сызық бумасының талшығын анықтайды, сондықтан r + 1 бір мезгілде жоғалып кетпейтін жаһандық қиманы L-ден таңдау X-тен проективті кеңістікке Pr-ге картаны анықтайды. Бұл карта L талшықтарын таутологиялық буманың дуалды талшықтарына жібереді. Нақтырақ айтқанда, s0, …, sr L-дің жаһандық қималары деп болжайық. X-тегі кішкентай аймақ U-де, бұл қималар U-де k-мәнді функцияларды анықтайды, олардың мәндері тривиализацияның таңдауына байланысты. Алайда, олар нөлдік емес функциямен бір мезгілде көбейтуге дейін анықталады, сондықтан олардың қатынастары жақсы анықталған. Яғни, x нүктесінде s0(x), …, sr(x) мәндері жақсы анықталмаған, өйткені тривиализацияның өзгеруі олардың әрқайсысын нөлден басқа тұрақты λ-ға көбейтеді. Бірақ ол оларды бірдей тұрақты λ-ға көбейтеді, сондықтан біртекті координаттар [s0(x) : … : sr(x)] s0, …, sr қималары x-те бір мезгілде жоғалмаса, жақсы анықталған. Сондықтан, егер қималар бір мезгілде жоғалмаса, олар X-тен Pr-ге дейінгі картаны беретін [s0 : … : sr] нысанын анықтайды, ал осы карта астындағы таутологиялық буманың дуалының кері тартылуы L болып табылады. Осылайша проективті кеңістік жалпы қасиетке ие болады. Проективті кеңістікке картаны анықтаудың әмбебап тәсілі - L-дің барлық қималарының векторлық кеңістігін проективтеу картасына салу. Топологиялық жағдайда, әрбір нүктеде жоғалмайтын қима бар, оны нүктеден тыс шағын аймағынан жоғалатын соққы функциясы арқылы құрастыруға болады. Осыған байланысты, картаның нәтижесі барлық жерде анықталады. Алайда, кодомен әдетте пайдалы болу үшін тым үлкен. Алгебралық және голоморфтық жағдайда керісінше. Мұнда жаһандық қималардың кеңістігі жиі шекті өлшемді болады, бірақ белгілі бір нүктеде жоғалмайтын жаһандық қималар болмауы мүмкін. (Бұл процедура Лефшец қарындашын құрастыру кезінде болған жағдай сияқты.) Шын мәнінде, буманың нөлден басқа жаһандық қималары болмауы мүмкін; бұл таутологиялық сызық бумасына қатысты. Сызық бумасы жеткілікті кең болғанда, бұл құрылым Кодайраның кіріктіру теоремасын растайды.
Детерминант топтамалары
Жалпы, егер V – X кеңістігіндегі векторлық бумбл болса, және оның талшығының өлшемі тұрақты n-ге тең болса, V-нің n-ші сыртқы қуаты, талшықтан талшыққа есептелгенде, детерминантты сызық бумбл деп аталатын сызықтық бумбл болып табылады. Бұл құрылым ерекше түрде тегіс коллектордың котангенттік буынына қолданылады. Соның нәтижесінде пайда болатын детерминантты бумбл тензорлық тығыздық құбылысы үшін жауапты, себебі бағдарланатын коллектор үшін оның жойылмайтын жаһандық қимасы бар, ал кез келген нақты көрсеткішпен оның тензорлық қуаттарын анықтауға және кез келген векторлық бумблды тензорлық көбейту арқылы 'өзгертуге' болады. Сол құрылым (ең жоғары сыртқы қуатты алу) Ноэтерлік домендегі шекті жасалған проективті модуль M-ге де қолданылады, ал нәтижесінде алынған инвертируемый модуль M-нің детерминантты модулі деп аталады.
Характерлік кластар, әмбебап топтамалар және сыныптау кеңістіктері
Бірінші Стифел-Уитни класы тегіс нақты сызық бундельдерін жіктейді; атап айтқанда, нақты сызық бундельдерінің жиынтығы Z/2Z коэффициенттері бар бірінші кохомология элементтерімен сәйкес келеді; бұл сәйкестік шын мәнінде абельдік топтардың изоморфизмі (топ операциялары сызық бундельдерінің тензорлық көбейтіндісі және кохомологиядағы әдеттегі қосу). Сол сияқты, бірінші Черн класы бір кеңістіктегі тегіс күрделі сызық бундельдерін жіктейді, ал сызық бундельдерінің тобы бүтін сандық коэффициенттері бар екінші кохомология класына изоморфты болып табылады. Дегенмен, бундельдердің тең тегіс құрылымдары (яғни, бірдей бірінші Черн класы) болуы мүмкін, бірақ әр түрлі голоморфты құрылымдар. Черн класы туралы мәлімдемелер манифольдтағы экспоненциалдық қаптамалар тізбегін пайдалану арқылы оңай дәлелденеді. Классификация мәселесін гомотопиялық теориялық тұрғыдан қарастыруға болады. Нақты сызық бундельдері үшін әмбебап бундель және күрделі сызық бундельдері үшін әмбебап бундель бар. Классификациялау кеңістіктері туралы жалпы теорияға сәйкес, іздеу керек нәрсе – C2 және S1 топтарының еркін әрекеттері бар, қысқартылатын кеңістіктер. Бұл кеңістіктер әмбебап негізгі бундельдер ретінде, ал әрекеттердің үлестері – классификациялау кеңістіктері ретінде қызмет ете алады. Біз оларды нақты және күрделі проекциялық кеңістіктің шексіз өлшемді аналогтарында нақты анықтап таба аламыз. Сондықтан BC2 классификациялау кеңістігі RP∞ гомотопиялық типімен тең, яғни біртекті координаттардың шексіз тізбегімен берілген нақты проекциялық кеңістік. Ол әмбебап нақты сызық бундельін алып жүреді; гомотопия теориясы тұрғысынан, CW кешеніндегі кез келген L нақты сызық бундели X-тен RP∞-ға дейінгі классификациялық картаны анықтайды, бұл L бундельін әмбебап бундельдің кері тартылуына изоморфты етеді. Бұл классификациялық картаны RP∞-дағы стандартты сыныптан, Z/2Z коэффициенттері бар X-тің бірінші кохомологиясында L-дің Стифел-Уитни класын анықтау үшін пайдалануға болады. Сол сияқты, CP∞ күрделі проективті кеңістігі әмбебап күрделі сызық бундельін алып жүреді. Бұл жағдайда классификациялық карталар Х-тің бірінші Черн класын, H2(X) (интегралды кохомология) береді. Кватерниондық (нақты төрт өлшемді) сызық бундельдері үшін де ұқсас теория бар. Бұл Понтриягин кластарының біріне, нақты төрт өлшемді кохомологияға жол ашады. Осылайша, сипаттамалық сыныптар теориясының негізгі жағдайлары тек сызық бундельдеріне байланысты. Жалпы бөлу принципі бойынша бұл теорияның қалған бөлігін анықтауға болады (егер нақты болмаса). Күрделі көптүрліліктердегі голоморфты сызық бундельдері және алгебралық геометриядағы инверттенді бундельдер теориясы осы салаларда сызық бундель теориясын құрайды.